[发明专利]一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，包括柔性的聚合物膜，所述聚合物膜的一侧面上设有石墨烯膜，所述石墨烯膜为多层结构，且相邻石墨烯层间形成有微气孔；光照或电压刺激时，该驱动器弯曲变形。本发明还公开了该驱动器的制备方法及应用。本发明的优点在于，利用多孔石墨烯的电热转化功能、光热转换功能实现驱动器对电压刺激、光照刺激的响应，本发明的优点在于，获得双刺激源响应的驱动器，提高了驱动器的环境适应性；由聚合物受热膨胀变形、石墨烯微孔收缩变形共同引起驱动器的弯曲变形，展现出较大的力学性能，扩大了驱动器的应用范围，改善其使用效果。该驱动器可用于仿蠕虫机器人、机械手、人工关节、智能驱动等领域。

技术领域

本发明属于柔性驱动器与软体装置领域，具体涉及一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器、制备方法及应用。

背景技术

由柔性智能材料组成的驱动器件能够在电、热、化学、湿度等外界刺激下发生特定响应，在大范围内改变自身形状和尺寸，具有柔软灵活、体积小、质量轻、变形快和环境适应性好等诸多优点，因而被广泛地应用于仿生机器人、人造肌肉、传感器、智能开关等领域中。但目前研究的驱动器一般都只能由一种刺激驱动，而不能同时对多种刺激产生响应，导致其环境适应性不高；并且现有的柔性驱动器普遍存在力学输出性能较差的问题，使其应用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有柔性驱动器只能对单一刺激产生响应，且力学输出性能不佳。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，包括柔性的聚合物膜，所述聚合物膜的一侧面上设有石墨烯纸，所述石墨烯纸为多层结构，且相邻石墨烯层间形成有微气孔；光照或电压刺激时，该驱动器弯曲变形。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，所述石墨烯纸粘接在聚合物膜上。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，所述石墨烯纸的厚度为10～200um。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，所述聚合物膜的厚度为20～300um。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，所述聚合物膜由聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种聚合物制备而成。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，所述光照为激光、氙灯产生的模拟太阳光、太阳光。

本发明提供了一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器的制备方法，用以制备上述的双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器，其包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散液均匀地滴覆在玻璃基片上，干燥后形成多层结构的氧化石墨烯纸；

(2)避光条件下，将氧化石墨烯纸浸入氢碘酸溶液中还原，得到还原的氧化石墨烯纸；

(3)将还原的氧化石墨烯纸分别置于去离子水和乙醇溶液中洗涤，然后烘干；

(4)准备一单面带黏性的聚合物膜，将干燥后的还原的氧化石墨烯纸与该聚合物膜粘接，形成双层膜结构；

(5)在双层膜结构上施加直流电压，使多层石墨烯之间形成微气孔结构。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器的制备方法，步骤(1)中所述石墨烯分散液浓度为0.5mg/ml～5mg/ml；步骤(1)中的干燥温度为40～70℃；所述步骤(3)中的烘干温度为30～80℃。

本发明还提供了一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器的应用。

优选地，本发明所述的一种双刺激源响应的多孔石墨烯驱动器的应用，所述驱动器在仿蠕虫爬行机器人、柔性机械爪、仿生手及踢球机器人中的应用。